Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umschmelzen von Metall in einem Elektroofen, bei dem Materialelektroden durch Ausbildung eines Schlackebades aufgeschmolzen werden und das aufgeschmolzene Metall der Materialelektroden in einer Tiegeleinrichtung infolge Abkühlung in Blockform erstarrt, derart, dass sich durch einen fortschreitenden Erstar- rungsvorgang von einem Blockfuß her ein Blockwachstum ausbildet, wobei zur Beeinflussung des Abkühlvorgangs eine Beheizung des Blockfußes erfolgt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Beheizung eines Blockfußes beim Umschmelzen von Metall in einem Elektroofen.

Beim Elektroschlackeumschmelzverfahren werden Materialelektroden zur Herstellung von Materialblöcken umgeschmolzen, wobei letztere als Halbzeug zur Herstellung von Bauteilen hoher Werkstoffgüte, wie beispielsweise Schmiedestücke für den Einsatz in Kraftwerken, die höchste Bauteilsicherheit gewährleisten müssen, dienen. Hinsichtlich der dabei zum Einsatz kommenden Anlagen bzw. Verfahren unterscheidet man zwischen sogenannten Gleittiegel- oder Blockabzugsanlagen, bei denen die Tiegeleinrichtung, in der die durch Schmelzen der Elektroden erzeugten Blöcke erstarren, mit einem unabhängig oder auch zusammen mit einer Tiegelwandung verfahrbaren Tiegelboden versehen sind, um die Blöcke quasi als kontinuierlichen Strang herzustellen. Bei dem sogenannten Standtiegelverfahren erfolgt das Umschmelzen der Materialelektroden in einen in seiner Längenabmessung festgelegten Block, wobei die dabei zum Einsatz kommende Tiegeleinrichtung mit einem festen Tiegelboden versehen ist.

Um den für die Werkstoffgüte des Blocks wesentlichen Verlauf des Abkühlungsvorgang insbesondere im Bereich des durch das untere Ende des Blocks gebildeten Blockfußes steuern zu können, ist es bekannt, den Tiegelboden von Tiegeleinrichtungen, die bei Standtiegelanlagen zum Einsatz kommen, beheizbar auszuführen. Hierbei erfolgt eine indirekte Temperierung einer Bodenplatte des Tiegelbodens, die mit dem Block in Berührung steht. Zur Temperierung wird dabei ein Wärmeträgermedium, wie beispielsweise Wasser oder Öl, eingesetzt.

Die Temperierung der Blockmasse im Tiegel erfolgt demnach indirekt, da zunächst das Wärmeträgermedium über einen geeigneten Energieträger auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt werden muss und ein Wärmeübergang über die Bodenplatte des Tiegelbodens auf den Blockfuß erfolgt. Hierdurch erweist sich die bekannte Art der Beheizung als relativ träge, so dass insbesondere kaum gewünschte Temperaturprofile bei der Temperierung des Blockfußes erzielbar sind. Insbesondere ist auch eine Schrumpfung des Blockfußes im Bereich der Blockfußoberflä- che festzustellen, so dass sich der Blockfuß häufig nicht im gesamten Bereich seiner Oberfläche in direktem Kontakt mit der Bodenplatte befindet.

Weiterhin ergibt sich ein besonderes Problem dadurch, dass die Bodenplatte zum Zwecke einer guten Wärmeübertragung aus Kupfer bzw. einer Kupferlegierung gebildet ist, so dass die Temperatur der Bodenplatte bereits materialbedingt auf ca. 200 ⁰ C begrenzt ist. Im Ergebnis ist daher davon auszugehen, dass zum einen vermittels der konventionellen Blockfußbeheizung lediglich geringe Temperaturgradienten und zum anderen auch nur eine relativ geringe Temperaturerhöhung des Blockfußes möglich sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Blockfußbeheizung vorzuschlagen, das bzw. die sowohl einen erhöhten Temperaturgradienten als auch eine Erhöhung der maximal möglichen Aufheizung des Blockfußes ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist das erfindungsgemäße Verfahren die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Umschmelzen von Metall in einem Elektroofen, bei dem Materialelektroden zur Ausbildung eines Schlackebads aufgeschmolzen werden und das aufgeschmolzene Metall in einer Tiegeleinrichtung infolge Abkühlens in Blockform erstarrt, derart, dass sich durch einen fortschreitenden Erstarrungsfortgang von einem Blockfuß her ein Blockwachstum ausbildet, erfolgt die Beheizung des Blockfußes zur Beeinflussung des Erstarrungsvorgangs durch unmittelbare Beaufschlagung des Blockfußes mit Energie.

Eine derartige unmittelbare Energiebeaufschlagung ermöglicht zum einen eine Erhöhung des Gradienten beim Aufheizen des Blockfußes und zum anderen eine Erhöhung der maximal möglichen Blockfußtemperatur.

Aus dem Vorstehenden wird deutlich, dass sich vermittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine wesentlich effektivere Möglichkeit der Beeinflussung des Erstarrungsfortgangs während des Blockwachstums ergibt. Insbesondere wenn man bedenkt, dass der Erstarrungsfortgang durch Wandern einer Erstarrungsfront mit zunehmender Entfernung vom Blockfuß erfolgt. Durch eine Veränderung des Temperaturniveaus bzw. des Temperaturprofils im Bereich des Blockfußes lässt sich somit also auch die Gefügeausbildung bei der Erstarrung des Blocks in weiterer Entfernung vom Blockfuß beeinflussen. Somit wird also durch die unmittelbare Beheizung des Blockfußes eine Beeinflussung des Blockge- füges auch an Stellen möglich, die in relativ weiter Entfernung vom eigentlichen Blockfuß liegen. Hierin zeigt sich die wesentliche Bedeutung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung eine Begrenzung der minimalen Oberflächentemperatur im Bereich des Blockfußes bzw. eines negativen Temperatutgradienten, um einer unerwünschten Rissbildung in der Blockoberfläche bei der Abkühlung entgegenzuwirken.

Die Erfindung lässt sich gleichermaßen vorteilhaft bei Stand- wie Gleittiegel- oder Blockabzugsanlagen einsetzen, insbesondere dann, wenn eine unmittelbare Beaufschlagung einer Stirnfläche des Blockfußes erfolgt.

Eine besonders vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, den Blockfuß zur Beheizung vermittels einer Brennereinrichtung zu beaufschlagen, die beispielsweise als Energieträger Gas oder Öl verwendet. Der besondere Vorteil einer solchen Brennereinrichtung liegt darin, dass zum einen die Brennertemperatur sehr genau einstellbar ist und zum andern Temperaturänderungen der Brennertemperatur in kürzester Zeit durch einfache Regelung der Zufuhr des Energieträgers oder auch durch eine Abstandsregelung zur Regelung des Abstands der Brennereinrichtung gegenüber dem Blockfuß schnell durchführbar sind.

Wenn gemäß einer alternativen Variante der Blockfuß mit elektrischer Energie beaufschlagt wird, ergibt sich der besondere Vorteil, dass eine entsprechende Beheizungseinrichtung sehr kompakt ausführbar und somit bei Bedarf auch leicht in den Tiegelboden integrierbar ist. Beispielsweise kann eine induktiv beheizbare Kontaktplatte verwendet werden, die gegen die Stirnfläche des Blockfußes zur Anlage gebracht wird. Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, den Blockfuß mit einer Wärmeträgerströmung zu beaufschlagen, derart, dass beispielsweise eine aufgeheizte Fluidströmung, also etwa Luft oder Wasser, unmittelbar gegen den Blockfuß gerichtet wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Beheizung des Blockfußes derart erfolgt, dass sich über den Blockfußquerschnitt eine definierte Temperaturverteilung einstellt, so dass beispielsweise in den Außenrandbereichen des Blockfußes, die stärker abkühlen als innere Bereiche des Blockfußes, je nach Bedarf eine höhere oder niedrigere Temperaturbeaufschlagung erfolgen kann.

Insbesondere bei einer Beaufschlagung des Blockfußes vermittels einer Brennereinrichtung kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn die Beheizung des Blockfußes in einer reduzierenden Atmosphäre erfolgt, um beispielsweise eine Aufkohlung, Verzunderung oder Aufnitrierung von Blockfußrandbereichen zu vermindern.

Nach einer vorhergehenden Abkühlung bzw. Erstarrung des Blockfußes kann eine anfangs geschlossener Tiegelboden zur Ausbildung der Ausnehmung geöffnet werden, um anschließend durch die unmittelbare Beheizung der Stirnfläche die Abkühlung im weiteren steuern zu können.

Zur Lösung der Aufgabe weist die erfindungsgemäße Vorrichtung die

Merkmale des Anspruchs 7 auf. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Beheizung eines Blockfußes eines beim Elektroschlackeumschmelzverfahren in einer Tiegeleinrich- tung durch Abkühlung eines aufgeschmolzenen Metalls erstarrenden Blocks weist die Tiegeleinrichtung eine Mantelwandung und einen Tiegelboden auf, der zur unmittelbaren Beheizung vermittels einer Beheizungseinrichtung mit einer Ausnehmung versehen ist, derart, dass die durch die Beheizungseinrichtung erzeugte Heizenergie direkt in das Material des Blockfußes eingeleitet wird.

Die Beheizungseinrichtung kann als Brennereinrichtung oder Kontakteinrichtung zur Einleitung von Strom in den Blockfuß ausgebildet sein.

Alternativ ist es auch möglich, die Beheizungseinrichtung als Strahlereinrichtung auszubilden, um einen berührungslosen Eintrag von Wärme in den Blockfuß zu ermöglichen.

Wenn die Beheizungseinrichtung als Konvektionsheizung ausgebildet ist, beispielsweise durch eine Düsenströmung, die einen beheizten FIu- idstrom an diskret definierte Bereiche des Blockfußes richtet, kann zur Realisierung der Beheizungseinrichtung beispielsweise auch ein Abwärmestrom verwendet werden, der an anderer Stelle beim Prozess des Elektroschlackeumschmelzens oder auch unabhängig davon im Bereich der Anlagentechnik eines Stahlwerkes frei wird, genutzt werden.

Um insbesondere eine wahlweise Verwendung der Beheizungseinrichtung an ein und derselben Tiegeleinrichtung zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn die Beheizungseinrichtung unabhängig vom Tiegelboden ausgebildet ist.

Die Effektivität der Beheizungseinrichtung kann noch dadurch erhöht werden, dass sie in einer an den Tiegelboden anschließenden Heizkammer angeordnet ist, die insbesondere in dem Fall, dass die Heizkammer als Prozesskammer ausgebildet ist, eine Einstellung einer definierten Prozessatmosphäre innerhalb der Heizkammer, also beispielsweise die Einstellung einer reduzierenden Atmosphäre, ermöglicht.

Wenn die Tiegeleinrichtung im Bereich des Tiegelbodens mit einer

Blockfußisolierung versehen ist, lässt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere vorteilhaft im Zusammenhang mit einer Gleittiegelanlage verwenden, bei der grundsätzlich aufgrund der teilweise großen Entfernung des Blockfußes von dem Schlackebad eine relativ stärkere und schnellere Abkühlung des Blockfußes erfolgt als bei einer Standtiegelanlage.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Variante des Verfahrens und der Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Tiegeleinrichtung für eine Standtiegelanlage mit einer an einem Tiegelboden angeordneten Wechseleinrichtung in isometrischer Darstellung während der Abkühlpha- se;

Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte Tiegeleinrichtung während der Beheizungsphase;

Fig. 3 die in Fig. 2 dargestellte Tiegeleinrichtung in Längsschnittdarstellung.

Fig. 1 zeigt eine Tiegeleinrichtung 10, wie sie an einem hier nicht näher dargestellten, als Standtiegelanlage ausgeführten Elektroofen im Elekt- roschlackeumschmelzverfahren zum Einsatz kommt. Die Tiegeleinrichtung 10 weist, wie insbesondere Fig. 3 zeigt, ein becherförmig ausgebil- detes Tiegelgefäß 1 1 mit einer Mantelwandung 12 und einem Tiegelboden 13 auf. Die Mantelwandung 12 ist doppelwandig ausgeführt mit einer Gefäßinnenwand 14 und einer Gefäßaußenwand 15 , zwischen denen eine Mantelkammer 16 ausgebildet ist, die zur Aufnahme eines Temperiermediums, wie beispielsweise Wasser oder Öl, dient.

Der Tiegelboden 13 weist eine Bodenplatte 17 auf, die in ihrer Mitte mit einer Ausnehmung 18 versehen ist. Unterhalb der Bodenplatte 17 und bei der in Fig. 3 dargestellten Beheizungskonfiguration in konzentrischer Ausrichtung zu einer Mittellängsachse 19 des Tiegelgefäßes 1 1 befindet sich eine Beheizungseinrichtung 20 mit einem auf einem Wechselträger 21 einer Wechselvorrichtung 35 angeordneten Brennerkopf 22 der als Brennereinrichtung ausgebildeten Beheizungseinrichtung 20.

Die Beheizungseinrichtung 20 befindet sich in der in Fig. 3 dargestellten Beheizungskonfiguration innerhalb einer Heizkammer 23 , die im vorliegenden Fall als Unterbau des Tiegelgefäßes 1 1 ausgebildet ist.

Wie insbesondere Fig. 1 zeigt, ist der Wechselträger 21 als ein auf einer Schienenanordnung 24 angeordnetes Chassis ausgebildet und längs der Schienenanordnung 24 aus einer in Fig. 1 dargestellten Kühlposition in die in Fig. 3 dargestellte Beheizungsposition verfahrbar, in der der Brennerkopf 22 so unterhalb der Ausnehmung 18 angeordnet ist, dass, wie durch die Pfeile in Fig. 3 angedeutet, eine direkte Beaufschlagung eines in Fig. 3 lediglich angedeuteten Blockfußes 26 bzw. einer Stirnfläche 27 des Blockfußes 26 mit Brenngas 25 erfolgen kann.

Abweichend von der Darstellung in Fig. 3 kann die Heizkammer 23 mit Türeinrichtungen versehen sein, so dass innerhalb der Heizkammer 23 eine von der Umgebung unabhängige Prozessatmosphäre erzeugbar ist.

Fig. 2 zeigt eine auf dem Wechselträger 21 der Wechselvorrichtung 35 während der in Fig. 1 dargestellten Abkühlphase im Austausch mit der Beheizungseinrichtung 20 in der Ausnehmung 18 der Bodenplatte 17 angeordnete Bodenverschlußplatte 29, die während der Beheizungsphase außerhalb der Tiegeleinrichtung 10 angeordnet ist. Zum Verschließen der Ausnehmung 17 im Tiegelboden 13 wird die zur Förderung der Abkühlung während der Abkühlphase vorzugsweise mit einer Kühlein- richtung versehene Bodenverschlußplatte 29 vermittels des auf dem

Träger 21 angeordneten Hubmechanismusses 30 in die Ausnehmung 18 (Fig. 3) eingesetzt.

Wie Fig. 3 zeigt, ist der Tiegelboden 13 mit einer Kühleinrichtung 31 versehen, derart, dass die Bodenplatte 17 zusammen mit einer im wesent- liehen deckungsgleich ausgebildeten Wandplatte 32 eine kreisringförmige Kühl- oder Temperierkammer 33 um die Ausnehmung 18 herum definiert. Die Kühleinrichtung 31 ermöglicht bei Bedarf eine noch stärkere Konzentration des Wärmeeintrags auf den zentralen Bereich des Blockfußes 26.